一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/c復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，特別涉及一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磷酸亞鐵鋰材料是鋰離子電池的一種正極材料，具有價(jià)格低廉、原材料豐富、無毒、熱穩(wěn)定性好、比能量高、循環(huán)壽命長、使用時(shí)間久、安全性能突出及對(duì)環(huán)境無污染的特點(diǎn)，其理論比容量為170mAh/，理論工作電壓約為3.45V，是一種最具有潛力的新型鋰離子電池正極材料。但是磷酸鐵鋰正極材料仍存在一些不足之處，如電導(dǎo)率低、離子擴(kuò)散系數(shù)低、低溫性能差、倍率放電能力差等缺點(diǎn)，導(dǎo)致其應(yīng)用方面受到了諸多的限制。超級(jí)電容器是一種新型的化學(xué)器件，其電容值比同體積的傳統(tǒng)電容高10萬倍，具有高倍率充放電能力好，循環(huán)壽命長以及低溫方面性能好優(yōu)點(diǎn)，但其比能量低，單位質(zhì)量所存儲(chǔ)的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋰離子電池的水平。近年來，國內(nèi)開發(fā)出了把鋰離子電池和超級(jí)電容器結(jié)合的產(chǎn)品，成為電容電池，其比能量是超級(jí)電容器的3?5倍，放電倍率是普通鋰離子電池的10?20倍，具有很好的應(yīng)用前景。電容電池通常選用磷酸亞鐵鋰與高比表面積活性炭混合作為正極材料，而兩者的混合均勻性與結(jié)合緊密程度存在一定問題，本發(fā)明公開了一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料的制備方法，在磷酸亞鐵鋰材料制備過程中導(dǎo)入活性炭，從而使活性炭和磷酸亞鐵鋰更加有機(jī)的結(jié)合在一起，有利于提高電容電池的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種高比表面積的磷酸亞鐵鋰/C的復(fù)合材料的制備方法，制備的材料既有高比表面積，又有比較高的克容量，并且充放電倍率強(qiáng)。
[0004]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的的技術(shù)方案是:
一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料的制備方法，制備方法的步驟是:
(1)取電池級(jí)納米磷酸鐵與電池級(jí)碳酸鋰按照摩爾比Fe:Li=0.99:1比例混合，放入研缽中進(jìn)行研磨,按照混合物質(zhì)量的10%加入分析純丁酮，再研磨30分鐘，把混合物倒入小型分散盤式攪拌機(jī)，再加入與磷酸鐵同質(zhì)量的3%聚乙烯醇水溶液，以300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體，然后慢慢加入磷酸鐵質(zhì)量10%的高比表面積活性炭，再以800轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體；
(2)把衆(zhòng)體105°C鼓風(fēng)干燥3?5小時(shí),成為塊狀固體；
(3)把塊狀固體在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2V/分鐘的速度加熱到600°C燒結(jié)，保持2小時(shí)，以20C /分鐘的速度加熱到720°C燒結(jié)，保持4小時(shí)，然后停止加熱，自然冷卻到室溫；
(4)把燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行研磨，過325目篩，得到高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料；
(5)步驟(I)中所述的聚乙烯醇的特征是，分子量在5000?10000;所述的納米磷酸鐵含有2個(gè)結(jié)晶水；
(6)步驟(I)中所述的高比表面積活性炭的比表面積在1000?1500m2/g。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是過程簡(jiǎn)單，制備的高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料克容量在110mAh/g以上，比表面積可達(dá)400m2/g，并且可以40C充電、60C放電。
[0006]
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，下述實(shí)施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0007]實(shí)施例1
(1)取電池級(jí)納米磷酸鐵18.6g (99%純度，分子式FePO4.2H20)與電池級(jí)微粉碳酸鋰3.79g (上海中鋰實(shí)業(yè)有限公司，純度99.9%)混合，放入研缽中進(jìn)行研磨，加入分析純丁酮
2.24g,再研磨30分鐘，把混合物倒入小型分散盤式攪拌機(jī)，再加入18.6g 3%聚乙烯醇(分子量為5000)水溶液，以300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體，然后邊攪拌邊慢慢加入1.86g高比表面積活性炭(韓國產(chǎn)，比表面積1000 m2/g)，再以800轉(zhuǎn)分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體；
(2)把衆(zhòng)體105°C鼓風(fēng)干燥5小時(shí),成為塊狀固體；
(3)把塊狀固體在純度為99.99%氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2V /分鐘的速度加熱到600°C燒結(jié)，保持2小時(shí)，以2°C /分鐘的速度加熱到720°C燒結(jié)，保持4小時(shí)，然后停止加熱，自然冷卻到室溫；
(4)把燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行研磨，過325目篩，得到高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料； 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是過程簡(jiǎn)單，制備的高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料克容量在
lllmAh/g以上，比表面積可達(dá)405m2/g，并且可以40C充電、60C放電。
[0008]實(shí)施例2
(I)取電池級(jí)納米磷酸鐵18.6g (99%純度，分子式FePO4.2H20)與電池級(jí)微粉碳酸鋰3.79g (上海中鋰實(shí)業(yè)有限公司，純度99.9%)混合，放入研缽中進(jìn)行研磨，加入分析純丁酮2.24g,再研磨30分鐘，把混合物倒入小型分散盤式攪拌機(jī)，再加入18.6g 3%聚乙烯醇(分子量為10000)水溶液，以300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體，然后邊攪拌邊慢慢加入1.86g高比表面積活性炭(韓國產(chǎn)，比表面積1500 m2/g)，再以800轉(zhuǎn)分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體；
(2)把衆(zhòng)體105°C鼓風(fēng)干燥3小時(shí),成為塊狀固體；
(3)把塊狀固體在純度為99.99%氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2V /分鐘的速度加熱到600°C燒結(jié)，保持2小時(shí)，以2°C /分鐘的速度加熱到720°C燒結(jié)，保持4小時(shí)，然后停止加熱，自然冷卻到室溫；
(4)把燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行研磨，過325目篩，得到高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料； 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是過程簡(jiǎn)單，制備的高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料克容量在
lllmAh/g以上，比表面積可達(dá)410m2/g，并且可以43C充電、66C放電。
[0009]實(shí)施例3
(I)取電池級(jí)納米磷酸鐵18.6g (99%純度，分子式FePO4.2H20)與電池級(jí)微粉碳酸鋰
3.79g (上海中鋰實(shí)業(yè)有限公司，純度99.9%)混合，放入研缽中進(jìn)行研磨，加入分析純丁酮
2.24g,再研磨30分鐘，把混合物倒入小型分散盤式攪拌機(jī)，再加入18.6g 3%聚乙烯醇(分子量為8000)水溶液，以300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體，然后邊攪拌邊慢慢加入1.86g高比表面積活性炭(韓國產(chǎn)，比表面積1200 m2/g)，再以800轉(zhuǎn)分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體；
(2)把衆(zhòng)體105°C鼓風(fēng)干燥4小時(shí),成為塊狀固體；
(3)把塊狀固體在純度為99.99%氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2V /分鐘的速度加熱到600°C燒結(jié)，保持2小時(shí)，以2°C /分鐘的速度加熱到720°C燒結(jié)，保持4小時(shí)，然后停止加熱，自然冷卻到室溫；
(4)把燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行研磨，過325目篩，得到高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料； 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是過程簡(jiǎn)單，制備的高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料克容量在
112mAh/g以上，比表面積可達(dá)410m2/g，并且可以41C充電、60C放電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/c復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:制備方法的步驟是: (I)取電池級(jí)納米磷酸鐵與電池級(jí)碳酸鋰按照摩爾比Fe:Li=0.99:1比例混合，放入研缽中進(jìn)行研磨，按照混合物質(zhì)量的10%加入分析純丁酮，再研磨30分鐘，把混合物倒入小型分散盤式攪拌機(jī)，再加入與磷酸鐵同質(zhì)量的3%聚乙烯醇水溶液，以300轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體，然后慢慢加入磷酸鐵質(zhì)量10%的高比表面積活性炭，再以800轉(zhuǎn)分鐘的轉(zhuǎn)速攪拌2小時(shí)成為均勻的漿體； (2)把衆(zhòng)體105°C鼓風(fēng)干燥3?5小時(shí),成為塊狀固體； (3)把塊狀固體在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2V/分鐘的速度加熱到600°C燒結(jié)，保持2小時(shí)，以20C /分鐘的速度加熱到720°C燒結(jié)，保持4小時(shí)，然后停止加熱，自然冷卻到室溫； (4)把燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行研磨，過325目篩，得到高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料。
2.權(quán)利要求1所述的一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的聚乙烯醇的特征是，分子量在5000?10000。
3.權(quán)利要求1所述的一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的納米磷酸鐵含有2個(gè)結(jié)晶水。
4.權(quán)利要求1所述的一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的高比表面積活性炭的比表面積在1000?1500m2/g。
【專利摘要】一種高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料的制備方法，制備方法的步驟是：(1)取電池級(jí)納米磷酸鐵與電池級(jí)碳酸鋰按照摩爾比Fe∶Li=0.99∶1比例混合，研磨，加入丁酮，再研磨，分散均勻，再加入3%聚乙烯醇水溶液，攪拌成為均勻的漿體，然后慢慢加入高比表面積活性炭，再攪拌成為均勻的漿體；(2)把漿體105℃鼓風(fēng)干燥3～5小時(shí)，成為塊狀固體；(3)把塊狀固體在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以2℃/分鐘的速度加熱到600℃燒結(jié)，保持2小時(shí)，以2℃/分鐘的速度加熱到720℃燒結(jié)，保持4小時(shí)，然后停止加熱，自然冷卻到室溫；(4)把燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行研磨，過325目篩，得到高比表面積磷酸亞鐵鋰/C復(fù)合材料。
【IPC分類】C01B25-45, H01M4-36, H01M4-58
【公開號(hào)】CN104701499
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310647936
【發(fā)明人】葉麗光, 郝德利
【申請(qǐng)人】天津赫維科技有限公司
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月6日